【正文】 Ks，以此類推 ？在什么意義上又是不等效的？試舉例說明。 、計算機組成與計算機實現(xiàn)之間的相互關(guān)系與影響。從匯編語言、機器語言程序設(shè)計者看到的概念性結(jié)構(gòu)相同，均是由中央處理機/主存，通道、設(shè)備控制器，外設(shè)4級構(gòu)成。 （3）計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，會使采用的組成技術(shù)不同，反之組成也會影響結(jié)構(gòu)。又如微程序控制是組成影響結(jié)構(gòu)的典型。應(yīng)避免過多地或不合理地限制各種組成、實現(xiàn)技術(shù)的采用和發(fā)展，盡量做到既能方便地在低檔機上用簡單便宜的組成實現(xiàn)，又能在高檔機上用復(fù)雜較貴的組成實現(xiàn)，這樣，結(jié)構(gòu)才有生命力；組成設(shè)計上面決定于結(jié)構(gòu)，下面受限于實現(xiàn)技術(shù)。 組成和實現(xiàn)的權(quán)衡取決于性能價格比等因素；結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時期及不同的計算機系統(tǒng)會有差異。 答：透明指的是客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€角度看不到。 答：透明的有：指令緩沖器、時標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進先出鏈、移位器、主存地址寄存器。 虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、“啟動I/O”指令，對系統(tǒng)程序員是不透明的，而對應(yīng)用程序員卻是透明的。 （3）在CPU和主存之間增設(shè)Cache存儲器，以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。 （7）為減少公用總路線的使用沖突，將單總線改為雙總線。 原則是看改進后能否保持軟件的可移植性。 、MPP和機群系統(tǒng)外，有哪4種基本結(jié)構(gòu)？列舉它們各自要解決的主要問題。 陣列處理機主要通過資源重復(fù)實現(xiàn)空間上的并行。 數(shù)據(jù)流計算機設(shè)有共享變量的概念，指令執(zhí)行順序只受指令中數(shù)據(jù)的相關(guān)性制約。和尾數(shù)的二進制數(shù)位m的關(guān)系 存在m39。2=5/log2(8)。 m39。顯然，非規(guī)格化數(shù)的個數(shù)占了全部尾數(shù)編碼總數(shù)的1/rm的比例，所以可表示的浮點數(shù)規(guī)格化的尾數(shù)個數(shù)應(yīng)該是：rm^m39。（4分） （2） 設(shè)計8位長度的寄存器－寄存器型指令3種，16位長度的寄存器－存儲器變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于正、負127。 全Huffman編碼的平均碼長=2*(++)+3*+4*+5*(+)= 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。 除基本數(shù)據(jù)表示不可少外，高級數(shù)據(jù)表示的引入遵循以下原則： （1）看系統(tǒng)的效率有否提高，是否養(yǎng)活了實現(xiàn)時間和存儲空間。 描述符數(shù)據(jù)表示為向量、數(shù)組的的實現(xiàn)提供了支持，有利于簡化高級語言程序編譯中的代碼生成，可以比變址法更快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。 ？堆棧型機器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)用的哪些操作提供了支持？ 答：通用寄存器型機器對堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的支持是較差的。在程序調(diào)用時將返回地址、條件碼、關(guān)鍵寄存器的內(nèi)容等全部壓入堆棧，待子程序返回時，再從堆棧中彈出。=48)p=6,m=48,rm=8(m39。可表示的最小值=rm^(最小階)*最小尾數(shù)值=rm^0*rm^(1)=rm^(1)。 *(rm1)/rm。39。 解：依題意列下表： p=2,rm=10,m39。 答：基址尋址是對邏輯地址空間到物理地址空間變換的支持，以利于實現(xiàn)程序的動態(tài)再定位。 剖析：比如地址空間很大，1024，就是分成16個塊，塊號放在寄存器中，塊內(nèi)地址放在地址位中，寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合，就能達到要求了。Huffman編碼的平均碼長=。問能否以擴展操作碼為其編碼?如果其中單地址指令為254條呢?說明其理由。 ∵指令字長12位，每個地址碼占3位； ∴三地址指令最多是2^(12333)=8條， 現(xiàn)三地址指令需4條, ∴可有4條編碼作為擴展碼， ∴單地址指令最多為42^32^3=2^8=256條， 現(xiàn)要求單地址指令255條，∴可有一條編碼作擴展碼 ∴零地址指令最多為12^3＝8條 不滿足題目要求 ∴不可能以擴展碼為其編碼。設(shè)有單地址指令和雙地址指令兩類。指令格式的優(yōu)化指如何用最短位數(shù)表示指令的操作信息和地址信息，使程序中指令的平均字長最短。 在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式，如寄存器寄存器型、寄存器主存型、主存主存型等。任何指令都在一個主存周期中取得，短指令為寄存器寄存器型，長指令為寄存器主存型，主存地址應(yīng)能變址尋址。 (5)指出訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對位移量為多少個字節(jié)？ 解： ? 答： (2)邏輯實現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。 (4)用流水和延遲轉(zhuǎn)移實現(xiàn)指令，即可讓本條指令執(zhí)行與下條指令預(yù)取在時間上重疊。不僅要利用常規(guī)手段優(yōu)化編譯，還可調(diào)整指令執(zhí)行順序，以盡量減少機器周期等。 RISC的問題； (1)由于指令少，在原CISC上一條指令完成的功能現(xiàn)在需多條RISC指令才能完成，加重匯編語言程序設(shè)計負擔(dān)，增加了機器語言程序長度，加大指令信息流量。第三章　總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng) 中斷嵌套的原則：在處理某級中斷請求時，只能比它的中斷處理級別高的中斷請求才能中斷其處理，等呼應(yīng)和處理完后再繼續(xù)處理原先的那個中斷請求。中斷級屏蔽位是程序狀態(tài)字中的一個組成部分。一個程序或進程在退出運行時，也會將反映該程序狀態(tài)的這些寄存器或計數(shù)器內(nèi)容組拼成程序狀態(tài)字，存回該程序或進程在主存中的指定單元或區(qū)域里。在中斷響應(yīng)排隊器相應(yīng)的輸出端產(chǎn)生出響應(yīng)信號。系統(tǒng)切換到新的程序或進程后，繼續(xù)運行下去。舉例來說，第1級中斷處理程序級別的各級中斷級屏蔽位均應(yīng)設(shè)為“0”。 ？ 有的題目中沒有說明談及的通道的類型，這種情況下，一般是指字節(jié)多路通道。(2)控制線數(shù)少，只需要3根，且不取決于部件數(shù)量。(3)“總線可用”信號順序脈動地通過各個部件，總線的分配速度慢。(1)總線的分配速度不能很高。獨立請求(1)靈活性強，部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2)控制線數(shù)多，要控制N個設(shè)備，需要有2N+1根控制線。 (2) ,中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1→2→3→4→5,現(xiàn)要求其實際的中斷處理次求序1→4→5→2→3。 首先響應(yīng)第2級中斷請求，屏蔽字為01100，表明其對第4級中斷請求開放，所以轉(zhuǎn)去響應(yīng)第4級中斷請求并進行處理。 響應(yīng)第5級中斷請求并進行處理。 答: 字節(jié)多路通道適用于連接大量的像光電機等字符類低速設(shè)備。 數(shù)組多路通道適合于連接多臺象磁盤等高速設(shè)備。數(shù)組多路通道可有多個子通道，同時執(zhí)行多個通道程序。某低速設(shè)備每隔500μs發(fā)出一個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求，問至多可接幾臺這種低速設(shè)備?對于如下A～F6種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個字節(jié)，問哪些設(shè)備可以掛在此通道上?哪些則不能?其中A—F設(shè)備每發(fā)出一個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求的時間間隔分別為(單位為μs)： 表35 設(shè)備ABCDEF發(fā)申請間隔(μs)答: (1)至多可連接50臺低速的外設(shè)。 A~F是高速設(shè)備，應(yīng)掛接在選擇通道上，選擇通道的極限流量為： =N/(TS+N*TD)=1/((TS/N)+TD)=1/(()+)=1/(約) 由表35可得出 設(shè)備ABCDEF傳送速率(B/μs)1/1/1/1/1/1/所以，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。由此你發(fā)現(xiàn)了什么問題? (3)在(2)的基礎(chǔ)上，在哪臺設(shè)備內(nèi)設(shè)置多少個字節(jié)的緩沖器就可以避免設(shè)備信息丟失?那么，這是否說書中關(guān)于流量設(shè)計的基本要求是沒有必要的了呢?為什么? 解： (1)實際最大流量＝50+15+l00+25+40+20＝250KB/S。 剖析： (2)由各設(shè)備的傳送字節(jié)速率可解其連續(xù)發(fā)出傳送請求的時間間隔分別為： 設(shè)備123456發(fā)申請間隔(μs)2067(約)10402550(其中包括兩個子通道Al和A2)，兩個數(shù)組多路通道B1和B2及一個選擇通道C構(gòu)成，各通道所接設(shè)備和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率如表所示。數(shù)組多路通道B2:500KB/s。 (2)I/O系統(tǒng)中，各種通道和子通道可以并行工作，因此，I/O系統(tǒng)的最大流量應(yīng)等于各通道最大流量之和。 Cache采用按需取進算法和預(yù)取進算法來提高Cache的命中率。 恒預(yù)取進算法是指訪問主存第i塊時，不論其是否在Cache中命中，恒將主存第i+1塊預(yù)取進Cache。這里有一層隱含的意思，就是地址碼一般是按字節(jié)編碼。 (1)設(shè)計主存地址格式，并標(biāo)出各字段的長度。(5分) 、比較對法實現(xiàn)LRU算法時需要比較對觸發(fā)器的個數(shù) 設(shè)組內(nèi)有b塊，每組g群，每群p對，每對l行。 共需C2(g)+gC2(p)+gpC2(l)個比較對觸發(fā)器。 程序存放在模32單字交叉存儲器中，設(shè)訪存申請隊的轉(zhuǎn)移概率λ為25%,求每個存儲周期能訪問到的平均字?jǐn)?shù)。現(xiàn)要求主存實際頻寬為4MB/S,問主存模數(shù)m應(yīng)取多少方能使兩者速度基本適配？其中m取2的冪。根據(jù)題意，模m多分體交叉的最大頻寬為：分體數(shù)*單體頻寬=m*分體的寬度/分體的存取周期=m*4B/2μs，*m*4/2=4。 (1)列出會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號； (2)按以下虛地址計算主存實地址：0，3728，1023，1024，2055，7800，4096，6800。 一個段頁式虛擬存儲器。說明哪個會發(fā)生段失效、頁面或保護失效失效。當(dāng)使用LRU算法替換時，為獲得最高命中率，至少應(yīng)分配給該程序幾個實頁？其可能的最高命中率為多少？ ，分時運行兩道程序。EQ試問為這兩首程序的數(shù)組分別分配多少個實頁最為合適？為什么？ 解答： 分別分配給程序X和Y的數(shù)組4個實頁最為合適。分析使用LRU算法對程序Y的頁地址流進行堆棧處理的過程可知，分配給程序Y的數(shù)組4個實頁最為合適?？偟膩砜?，是同時運行的，所以兩個程序分配的實頁和不能大于8。 }。 解: (1)依題意得知： 虛地址為34位，其中用戶號為10位（對應(yīng)1K的任務(wù)）、虛頁號12位（每個任務(wù)4096頁）、頁內(nèi)位移12位（每頁512字節(jié)，512字節(jié)=512*8=1024*4=2^12） 實地址為20位，其中實頁號8位，頁內(nèi)位移12位（與虛頁頁內(nèi)位移對應(yīng)） 相聯(lián)寄存器的作用：把10位的用戶號轉(zhuǎn)換為2位的ID（因為一般只有4個任務(wù)在使用），并把ID與虛地址的虛頁號合并到快表中查實頁號。 (6)快表的總?cè)萘浚?2行*（14(輸入位數(shù))+8（輸出位數(shù)））*2=32*22*2 ，其訪問虛存的地址流為20，22，208，214，146，618，370，490，492，868，916，728。 10. 在一個頁式二級虛擬存儲器中，采用FIFO算法進行頁面替換，發(fā)現(xiàn)命中率H太低，因此有下列建議： (1)增大輔存容量。 (5)FIFO改為LRU，并增大頁面大小。 (3)FIFO改為LRU，一般可提高命中率。主存模4交叉，每個分體寬為32位，總?cè)萘繛?56KB。 剖析： 在一個主存周期內(nèi)主存能訪問到的字節(jié)數(shù)為mW=4*32/8=16(Byte)。 主存塊數(shù)/Cache塊數(shù)=256=2*8，所以，主存地址中的區(qū)號nd=8。+s)*Q=4*(8+2s)*2^(6s)=(8+2s)*2^(8s)。 (1)畫出主存、Cache地址的各字段對應(yīng)關(guān)系(標(biāo)出位數(shù))圖。 (5)對于(3),求出此期間Cache的命中率。L：失效。 剖析： 由于主存塊、Cache塊之間存在上述的映象對應(yīng)關(guān)系，主存的第0、5塊只能映象裝入或替換物理Cache的第0、1塊。 (3)增大組相聯(lián)組的大小(塊的大小不變)。 (2)增大Cache的塊數(shù)(塊的大小不變)一般將使Cache的命中率Hc上升，從而使ta下降，從而提高Cache的等效訪問速度。 ，于是申請到一批有限的經(jīng)費，為能發(fā)揮其最大經(jīng)濟效益，有人建議你再買一些同樣速度的Cache片子以擴充其容量。如果差得較遠，說明Cache的命中率低，應(yīng)從提高Cache命中率著手，包括調(diào)整組的大小、塊的大小、替換算法以及增大Cache容量等。數(shù)據(jù)相關(guān)是指相鄰指令的數(shù)據(jù)地址之間有關(guān)聯(lián)。 中斷和轉(zhuǎn)移一樣，會引起流水線斷流。 早期的流水機器多采用不精確斷點法。采用不精確斷點法，硬件開銷少，控制簡單，不利于編程和程序的排錯。最壞的情況是指令i執(zhí)行到流水線的最后一個功能段時才發(fā)生程序性錯誤或故障，為此，需設(shè)置很多后援寄存器，以保證流水線中斷點之后后續(xù)指令的原有現(xiàn)場都能被保存和恢復(fù)。 得出一個任務(wù)多次流過的流水線各功能段上，后面的拍在第一拍開始之后延遲多少拍開始。 ③由初始沖突向量得出第二個任務(wù)可在第一個任務(wù)之后的多少拍流入流水線。 ⑦由第三個沖突向量得出第四個任務(wù)可在第三個任務(wù)之后的多少拍流入流水線。 “執(zhí)行k”、“分析k+1”、“取指k+2”重疊。 +max(t取指+t分析)+98*max(t取指+t分析+t執(zhí)行)+max(t分析+t執(zhí)行)+t執(zhí)行。 (a) (b) 解： (a)組織的流水線時，TP=3/13△t。 實現(xiàn)A*B*C*D的時空圖如圖0504所示： 圖0505 剖析： 為了減少運算過程中的操作數(shù)相關(guān)，A*B*C*D應(yīng)改為((A*B)*(C*D))進行運算。 ？現(xiàn)有3段流水線，各段經(jīng)過時間依次為△t、3△t、△t， (1)分別計算在連續(xù)輸入3條指令時和30條指令時的吞吐率和效率。效率η3=5/11。 連續(xù)輸入3條指令時的吞吐率TP3=3/7△t。 (3)只有當(dāng)連續(xù)輸入流水線的指令足夠多時，流水線的實際吞吐率和效率才會提高。如對流水線瓶頸子過程再細分，最少只需多少時間可完成全部運算？若子過程3不能再細分，只能用并聯(lián)方法改